一种类染色体铁酸钬纳米材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米材料制备技术领域，公开了一种类染色体铁酸钬纳米材料的制备方法和应用。本方法通过共沉淀法，利用六氰合铁酸钾制备六氰和铁酸钬纳米材料为前驱体，利用高温煅烧的方法制备类染色体铁酸钬纳米材料。本发明专利技术提供的制备方法简单、绿色无污染，实用化程度高，且得到的铁酸钬纳米材料可直接作为气体传感器材料使用。感器材料使用。感器材料使用。

【技术实现步骤摘要】
一种类染色体铁酸钬纳米材料的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种类染色体铁酸钬纳米材料的制备与应用，属于纳米材料制备


技术介绍

[0002]随着科技的不断发展，人们对健康生活的渴望越来越强烈，疾病的快速检测受到人们越来越多的关注。挥发性有机化合物可以用作检测心脏病、糖尿病、肥胖和肺癌等疾病的生物标志物。其中，肺癌患者和健康的人呼气中正丙醇含量是不同的，因此检测人呼出的气体中正丙醇含量被认为是诊断肺癌的快速方便的方法。
[0003]钙钛矿金属氧化物半导体(ABO3)因其独特的晶体结构和理化性质而受到广泛关注，它具有独特的晶体结构，可被应用在传感器、固体燃料电池、固体电解质、高温加热材料、固体电阻器及替代贵金属的氧化还原催化剂等诸多领域，成为化学、物理和材料等领域的研究热点。铁酸镧等稀土钙钛矿氧化物由于其优异性能而备受关注，而HoFeO3(铁酸钬)钙钛矿金属氧化物材料在气体传感器应用中的研究虽然较少，但在其他领域表现良好，例如电池，催化剂等。
[0004]近年来，金属有机框架(MOFs)由于其可调节的组成和多孔形貌而被广泛应用于金属氧化物材料的制备。普鲁士蓝类似物(PBAs)是MOFs的重要材料。以PBA为前驱体，通过空气中退火可以得到与PBA外观相似的多孔纳米材料，制备的氧化物分散性好、具有可控的形貌以及优异的气体传感性能。王曦和他的团队制备了以Co
‑
PBA前驱体Co3O4@NiO的H2S气体传感器，响应值很高，发表于Sensors&Actuators:B.Chemical 342(2021)130028。本专利技术采用普鲁士蓝类似物作为前驱体制备铁酸钬纳米材料，在探测低浓度正丙醇时有着优异表现。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决当前传感器检测限度高，满足不了实际应用需要，进而提供一种类染色体铁酸钬纳米材料的制备方法和应用。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种类染色体铁酸钬纳米材料的制备方法，通过共沉淀法制备Ho
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Fe
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PBA(六氰和铁酸钬)前驱体，利用空气中退火制备类染色体铁酸钬纳米材料，步骤如下：
[0008](1)将六氰合铁酸钾溶于去离子水中，然后加入表面活性剂和乙醇后搅拌，得到溶液A；其中，表面活性剂与六氰合铁酸钾的质量比为0
‑
3，表面活性剂和乙醇的质量比为0
‑
100，六氰合铁酸钾的浓度为2
‑
5g/L；
[0009]将钬盐溶解在去离子水中，得到浓度为2
‑
5g/L的溶液B；
[0010](2)将溶液B以容积比2:30.6
‑
1的比例缓慢加入溶液A中，并在室温下搅拌5
‑
30分钟，得到混合溶液；再加入与混合溶液等容积的乙醇并继续搅拌5
‑
60分钟；将混合物静止0.5
‑
3小时以确保在室温下完全反应；离心收集沉淀，将得到产物用乙醇离心洗涤后进行干
燥，得到Ho
‑
Fe
‑
PBA前驱体纳米材料；
[0011](3)将Ho
‑
Fe
‑
PBA前驱体纳米材料置于马弗炉中，在700～900℃温度条件下煅烧2
‑
5小时，得到类染色体铁酸钬纳米材料。
[0012]所述的钬盐为硝酸钬、氯化钬、醋酸钬或硫酸钬。
[0013]所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(HTAC)、聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)或乙二醇。
[0014]步骤(2)中，干燥温度为50～80℃，干燥时间为8～24小时。
[0015]步骤(3)中，煅烧温度为700～900℃，升温速率2℃/min。
[0016]一种类染色体铁酸钬纳米材料在正丙醇气体传感器中的应用方法，包括以下步骤：
[0017](1)取类染色体铁酸钬纳米材料加入去离子水中制成浓度为300
‑
800g/L的浆料，将其涂覆在带有金电极和四个铂导线的氧化铝陶瓷管外壁上，涂覆的厚度10
‑
30μm；
[0018](2)将镍
‑
铬合金加热丝穿过粘有类染色体铁酸钬纳米材料的氧化铝陶瓷管，确保镍
‑
铬合金加热丝与氧化铝陶瓷管平行，使其远离氧化铝陶瓷管；
[0019](3)将氧化铝陶瓷管的四根铂导线和镍
‑
铬合金加热丝的两端分别焊接在六脚底座上，制得气体传感器元件；
[0020](4)采用CGS
‑
8气敏测试仪测试气体传感器元件的气体敏感特性，测试温度为120℃。
[0021]其过程为：将类染色体铁酸钬纳米材料放入研钵中，按加入去离子水至浓度为300
‑
800g/L，研磨20分钟，制成浆料；用毛刷沾取少量浆料，均匀地涂覆在陶瓷管表面，然后在室温条件下烘干，200℃老化8小时。将镍
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铬合金加热丝穿过粘有样品的陶瓷管，并将加热丝与陶瓷管的四根导电线分别焊接在六脚底座上，制得气体传感器元件。采用CGS
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8气敏测试仪，测试传感器的气体敏感特性即可。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023](1)本专利技术以六氰合铁酸钾、聚乙烯吡咯烷酮，六水氯化钬为原料，共沉淀法制备了HoFeO3纳米材料。具有成本低廉，可控性好，制备的材料纯度高、结晶好、分散性好的优点，适用于大规模工业化生产。
[0024](2)本专利技术提供的HoFeO3纳米材料具有独特的类染色体形貌、将其作为气体传感材料时，在120℃条件下检测低浓度正丙醇时表现出较高的灵敏度，良好的选择性和稳定性，以及检测限度低(50ppb)满足实际应用(150ppb)检查的需要。对于低浓度正丙醇气体传感器的设计制备以及肺癌疾病的快速方便的诊断具有重要的意义。
[0025](3)本专利技术制作的HoFeO3基正丙醇气体传感器制作工艺简单、成本低廉，适用于工业化批量生产。本专利技术在气敏材料的设计与制备过程中，采用的是简单高效的共沉淀法，通过构建有机金属氧化物框架(MOF)，使其具有优异的应用性能。整个生产过程可控性好、无毒无害。
附图说明
[0026]图1为实施例1制备的Ho
‑
Fe
‑
PBA前驱体纳米材料的扫描电镜图。
[0027]图2为实施例1制备的HoFeO3纳米材料的扫描电镜图。
[0028]图3为正丙醇传感器的结构示意图。
[0029]图4为实施例1制备的HoFeO3纳米材料的气敏性能测试。
[0030]图5为实施例1制备的HoFeO3纳米材料的实际应用性能测试，图5(a)为传感器检测健康人呼气的响应，图5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种类染色体铁酸钬纳米材料的制备方法，通过共沉淀法制备Ho
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Fe
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PBA前驱体纳米材料，利用空气中退火制备类染色体铁酸钬纳米材料，其特征在于，步骤如下：(1)将六氰合铁酸钾溶于去离子水中，然后加入表面活性剂和乙醇后搅拌，得到溶液A；其中，表面活性剂与六氰合铁酸钾的质量比为0
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3，表面活性剂和乙醇的质量比为0
‑
100，六氰合铁酸钾的浓度为2
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5g/L；将钬盐溶解在去离子水中，得到浓度为2
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5g/L的溶液B；(2)将溶液B以容积比2:30.6
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1的比例缓慢加入溶液A中，并在室温下搅拌5
‑
30分钟，得到混合溶液；再加入与混合溶液等容积的乙醇并继续搅拌5
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60分钟；将混合物静止0.5
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3小时以确保在室温下完全反应；离心收集沉淀，将得到产物用乙醇离心洗涤后进行干燥，得到Ho
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Fe
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PBA前驱体纳米材料；(3)将Ho
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Fe
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PBA前驱体纳米材料置于马弗炉中，在700～900℃温度条件下煅烧2
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5小时，得到类染色体铁酸钬纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的钬盐为硝酸钬、氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小风，梁宏健，刘宁宁，倪景昌，高彬，宋学志，谭振权，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：